PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

南博

【摘? 要】大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是推動(dòng)我國智能制造業(yè)發(fā)展的核心要素，優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的核心。PLC是工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元部件，其具有良好的控制性能與抗干擾性能。論文以PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的優(yōu)勢作為切入點(diǎn)，分析PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的具體應(yīng)用，從而推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人;PLC;控制系統(tǒng);智能化控制

【Abstract】Vigorously developing industrial robot technology is the core element to promote the development of China's intelligent manufacturing industry， and optimizing the control system of industrial robot is the core of the development of industrial robot technology. PLC is the key component of industrial robot control system， which has good control performance and anti-interference performance. The paper takes the advantages of applying PLC technology in industrial robot as an entry point to analyze the specific applications of PLC technology in industrial robot， so as to promote the development of industrial robot technology.

【Keywords】industrial robot; PLC; control system; intelligent control

1 引言

隨著我國機(jī)械強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，工業(yè)機(jī)器人成為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要技術(shù)支撐。通過應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人不僅可以有效地提升工業(yè)生產(chǎn)效率、降低人工勞動(dòng)量，而且還可以帶動(dòng)整個(gè)信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)器人的核心要素就是控制系統(tǒng)，而PLC技術(shù)具有可操作性強(qiáng)、編程簡單的特點(diǎn)，因此，將PLC技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵?，F(xiàn)結(jié)合多年實(shí)踐研究，剖析PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

2 PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)對操作機(jī)控制的核心部件。其具有以下功能：記憶功能、與外圍設(shè)備聯(lián)系、人機(jī)接口、傳感器接口位置伺服功能，等等。其工作流程如圖1所示。

PLC技術(shù)是一項(xiàng)使用方便、操作簡單、抗干擾能力強(qiáng)的技術(shù)。PLC技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人的關(guān)系為：PLC是整個(gè)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的中樞，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行與停止都是由PLC協(xié)調(diào)控制的。結(jié)合實(shí)踐調(diào)查，PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為：①用于開關(guān)量控制。PLC技術(shù)具有很強(qiáng)的適用性，尤其是其可以采取多種表達(dá)方式完善編程語言，達(dá)到短時(shí)間內(nèi)完成開發(fā)的目的。因此，PLC控制開關(guān)量的能力非常強(qiáng)，其控制的入出點(diǎn)可以達(dá)到上萬點(diǎn)，這樣能夠滿足各種場景的工況操作要求。②用于模擬量控制。由于工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過程中受到電流、電壓等變化的影響，進(jìn)而影響到工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行效果。因此，為了保證機(jī)器人的安全高效運(yùn)行需要對這些物理量進(jìn)行控制。PLC配置有模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的A/D、D/A單元。③用于運(yùn)動(dòng)控制。PLC可以實(shí)現(xiàn)對離散型過程的控制和連續(xù)化過程的控制。

3 PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用的策略

PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的運(yùn)用主要是通過編碼控制器、微處理器實(shí)現(xiàn)對整個(gè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控，結(jié)合工作環(huán)境構(gòu)建軟件系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，構(gòu)建信息傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人的控制。PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案包括以下方面。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)是PLC技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以工業(yè)物料自動(dòng)分揀機(jī)器人為例，首先需要結(jié)合工況運(yùn)行要求選擇與控制系統(tǒng)相匹配的PLC，在PLC型號選擇上要側(cè)重控制功能強(qiáng)、控制數(shù)點(diǎn)多的型號。設(shè)計(jì)中主要是將I/O點(diǎn)數(shù)作為設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，并采取開關(guān)量控制的方式進(jìn)行控制。由于在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，主要是通過光纖傳感器實(shí)現(xiàn)對物品的分揀，因此，在本工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中，為滿足提升分揀精度的需要，采用了靈活度適宜的光纖傳感器，因?yàn)殪`活度不足，影響機(jī)器人對其物料的分揀，而靈活度過高，其測量范圍又會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)。

為了達(dá)到精準(zhǔn)控制工業(yè)機(jī)器人的目的，PLC技術(shù)需要借助編碼控制器發(fā)揮效果，需要在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中設(shè)置智能模塊和網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

基于PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，需要優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)，以此確保整個(gè)控制系統(tǒng)發(fā)揮精準(zhǔn)化的控制效果。由于工業(yè)生產(chǎn)線與工業(yè)機(jī)器人的控制器是相互獨(dú)立的，因此，需要實(shí)現(xiàn)二者的相互通訊，也就是通訊效果會(huì)影響到工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的指令完成情況。機(jī)器人和PLC之間使用的通訊方式為問答式串口通訊，結(jié)束符號、BBC檢驗(yàn)碼和起始符號保證了焊接機(jī)器人和PLC之間能夠正確通訊。具體控制系統(tǒng)的程序流程為：利用STEP7 MicroWIN V4.0編程軟件編寫了梯形圖控制程序，并且輸入數(shù)據(jù)傳輸指令。當(dāng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)后，機(jī)器人控制器和PLC實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，并且對系統(tǒng)傳感器進(jìn)行掃描，將掃描的結(jié)果與儲(chǔ)存器的模塊參數(shù)進(jìn)行比較，如果掃描的結(jié)果與儲(chǔ)存器中的參數(shù)相同，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出正常運(yùn)行指令，PLC與工業(yè)機(jī)器人直接通訊，工業(yè)機(jī)器人就會(huì)啟動(dòng)操作模式。具體而言，工業(yè)機(jī)器人的控制主要是通過對控制器的電流大小及時(shí)間開展操作。例如，工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作主要是依賴于輸入控制器的電流大小達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)要求，開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)操作。工業(yè)機(jī)器人完成系統(tǒng)操作指令后，控制系統(tǒng)就會(huì)通過PLC通訊模塊將完成指令的信息傳遞給控制系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的操作信息對其發(fā)出下一步的操作信息指令，工業(yè)機(jī)器人接收相關(guān)信息之后就會(huì)進(jìn)入下一操作工序中，以此循環(huán)操作。

4 PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢及存在的缺陷

PLC技術(shù)又稱為可編程邏輯控制器，主要是基于工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。PLC技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)控制相比，具有以下優(yōu)勢：一是使用方便，操作簡單。PLC技術(shù)采取梯形圖、邏輯圖形成完善的編程語言，其可以在短時(shí)間內(nèi)完成開發(fā)。二是抗干擾能力強(qiáng)。在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中存在諸多電子元器件，這些電子元器件會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾，而PLC具有較強(qiáng)的抗干擾能力，其可以有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三是適應(yīng)性強(qiáng)。PLC技術(shù)的控制功能主要是利用存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能完成的，如果需要修改機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制指令，只需要修改系統(tǒng)的參數(shù)即可，有效地提升了PLC技術(shù)的可靠性。

雖然PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)揮巨大作用，采用基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，但是其無法滿足高性能工業(yè)機(jī)器人的各項(xiàng)要求指標(biāo)，尤其是在處理機(jī)器人多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊方面還存在一定的差距。經(jīng)研究，PLC技術(shù)所存在的缺陷主要表現(xiàn)為：①溫度影響。PLC對工作環(huán)境有一定的要求，如果運(yùn)作環(huán)境溫度比較高或者散熱性不高就會(huì)影響PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而影響到機(jī)器人控制系統(tǒng)的靈敏性。②濕度影響。PLC對于工作環(huán)境的濕度比較敏感，例如，濕度過高就會(huì)導(dǎo)致PLC元件的絕緣性受到影響，從而導(dǎo)致PLC的部分元件出現(xiàn)損傷、故障。③震動(dòng)影響。對于PLC而言，震動(dòng)是影響其穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，尤其是長期處于頻率為10～55Hz的震動(dòng)狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

基于PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用所存在的不足之處，需要我們正視問題，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，解決PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用所存在的問題。一是大力推動(dòng)PLC通信與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來發(fā)展的趨勢，尤其是區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，對PLC控制器的通信接口提出了更高的要求，要求PLC在滿足控制和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，在工藝上也要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。尤其是智能技術(shù)的發(fā)展，要求PLC技術(shù)發(fā)揮在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互方面的優(yōu)勢。同時(shí)，基于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的實(shí)施，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)必須具備較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)能力，在網(wǎng)絡(luò)接口上要具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠適應(yīng)不同PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)格，以此助力工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。二是提高PLC技術(shù)的安全性。PLC通訊方式的網(wǎng)絡(luò)化，導(dǎo)致暴露出PLC技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全問題，因此，基于智能化的發(fā)展，要求在PLC技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全方面進(jìn)行研究，構(gòu)建與5G技術(shù)相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)墻系統(tǒng)。三是加強(qiáng)PLC方面人才的培養(yǎng)。促進(jìn)PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵就是要結(jié)合我國PLC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，加大該方面人才的培養(yǎng)力度。高職院校必須主動(dòng)承擔(dān)人才培養(yǎng)的使命，結(jié)合國際行業(yè)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，將最新研究成果融入人才培養(yǎng)體系，提高PLC技術(shù)人才的儲(chǔ)備量。

5 結(jié)語

總之，基于工業(yè)智能化的發(fā)展，PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的作用，其具有較強(qiáng)的編程能力，可以適應(yīng)不同工況的機(jī)器人控制環(huán)境要求。但是我國的PLC技術(shù)還存在一些發(fā)展瓶頸問題，因此，需要我們加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，解決PLC技術(shù)問題，促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】沈燦鋼.基于PLC控制的中板分廠除磷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化[J].價(jià)值工程，2019（27）：156-158.

【2】李滿.PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2020（18）：38-39.

【3】季文超.PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2020（18）：190-191.

【4】丁姝慧.基于PLC的汽車焊接機(jī)器人控制研究[J].現(xiàn)代信息科技，2019（6）：28-29.